Corantes ácidos, corantes diretos e corantes reativos são todos corantes solúveis em água. A produção em 2001 foi de 30.000 toneladas, 20.000 toneladas e 45.000 toneladas, respectivamente. No entanto, por muito tempo, as empresas de corantes do meu país têm se concentrado mais no desenvolvimento e na pesquisa de novos corantes estruturais, enquanto a pesquisa sobre o pós-processamento de corantes tem sido relativamente fraca. Os reagentes de padronização comumente usados ​​para corantes solúveis em água incluem sulfato de sódio, dextrina, derivados de amido, sacarose, ureia, sulfonato de formaldeído de naftaleno, etc. Esses reagentes de padronização são misturados com o corante original em proporções adequadas para obter o produto final com a concentração desejada, mas não atendem às necessidades dos diferentes processos de impressão e tingimento na indústria têxtil. Embora os diluentes de corantes mencionados acima tenham um custo relativamente baixo, apresentam baixa molhabilidade e solubilidade em água, o que dificulta sua adaptação às necessidades do mercado internacional, permitindo sua exportação apenas na forma de corantes originais. Portanto, na comercialização de corantes hidrossolúveis, a molhabilidade e a solubilidade em água dos corantes são questões que precisam ser resolvidas com urgência, sendo imprescindível o uso de aditivos adequados.

Tratamento de molhabilidade do corante
De forma geral, a molhabilidade é a substituição de um fluido (geralmente um gás) na superfície por outro fluido. Especificamente, a interface entre o pó ou grânulo deve ser uma interface gás/sólido, e o processo de molhabilidade ocorre quando um líquido (água) substitui o gás na superfície das partículas. Portanto, a molhabilidade é um processo físico entre substâncias na superfície. No pós-tratamento de corantes, a molhabilidade desempenha um papel importante. Geralmente, o corante é processado em estado sólido, como pó ou grânulos, que precisam ser umedecidos durante o uso. Assim, a molhabilidade do corante afeta diretamente o resultado da aplicação. Por exemplo, durante o processo de dissolução, um corante com baixa molhabilidade e que flutua na água é indesejável. Com a crescente exigência de qualidade dos corantes atualmente, o desempenho de molhabilidade tornou-se um dos indicadores para avaliar a qualidade dos corantes. A energia superficial da água é de 72,75 mN/m a 20 °C, diminuindo com o aumento da temperatura, enquanto a energia superficial dos sólidos permanece praticamente inalterada, geralmente abaixo de 100 mN/m. Metais e seus óxidos, sais inorgânicos, etc., são geralmente facilmente molháveis, apresentando alta energia superficial. A energia superficial de compostos orgânicos sólidos e polímeros é comparável à de líquidos em geral, sendo considerada baixa energia superficial, mas varia com o tamanho das partículas e o grau de porosidade. Quanto menor o tamanho da partícula, maior o grau de porosidade e maior a energia superficial, sendo que o tamanho da partícula depende do substrato. Portanto, o tamanho das partículas do corante deve ser pequeno. Após o processamento do corante por processos comerciais, como precipitação salina e moagem em diferentes meios, o tamanho das partículas torna-se mais fino, a cristalinidade é reduzida e a fase cristalina se altera, o que melhora a energia superficial do corante e facilita a molhabilidade.

Tratamento de solubilidade de corantes ácidos
Com o uso de banhos de tingimento com baixa proporção de corante e tecnologia de tingimento contínuo, o grau de automação na impressão e tingimento tem sido continuamente aprimorado. O surgimento de cargas e pastas automáticas, e a introdução de corantes líquidos, exigem a preparação de soluções corantes e pastas de impressão de alta concentração e estabilidade. No entanto, a solubilidade de corantes ácidos, reativos e diretos em produtos de tingimento nacionais é de apenas cerca de 100 g/L, especialmente para corantes ácidos. Algumas variedades chegam a ter solubilidade de apenas cerca de 20 g/L. A solubilidade do corante está relacionada à sua estrutura molecular. Quanto maior o peso molecular e menor o número de grupos de ácido sulfônico, menor a solubilidade; caso contrário, maior. Além disso, o processamento comercial dos corantes é extremamente importante, incluindo o método de cristalização, o grau de moagem, o tamanho das partículas, a adição de aditivos, etc., que afetam a solubilidade do corante. Quanto mais fácil for a ionização do corante, maior será sua solubilidade em água. No entanto, a comercialização e a padronização de corantes tradicionais baseiam-se em grandes quantidades de eletrólitos, como sulfato de sódio e sal. Uma grande quantidade de Na+ na água reduz a solubilidade do corante. Portanto, para melhorar a solubilidade de corantes hidrossolúveis, recomenda-se, em primeiro lugar, não adicionar eletrólitos aos corantes comerciais.

Aditivos e solubilidade
⑴ Composto alcoólico e cossolvente de ureia
Como os corantes hidrossolúveis contêm um certo número de grupos de ácido sulfônico e ácido carboxílico, as partículas do corante se dissociam facilmente em solução aquosa e carregam uma certa quantidade de carga negativa. Quando um co-solvente contendo um grupo formador de ligações de hidrogênio é adicionado, forma-se uma camada protetora de íons hidratados na superfície dos íons do corante, o que promove a ionização e a dissolução das moléculas do corante, melhorando a solubilidade. Polióis como o éter de dietilenoglicol, o tiodietanol, o polietilenoglicol, etc., são geralmente usados ​​como solventes auxiliares para corantes hidrossolúveis. Como podem formar ligações de hidrogênio com o corante, a superfície do íon do corante forma uma camada protetora de íons hidratados, o que impede a agregação e a interação intermolecular das moléculas do corante e promove a ionização e a dissociação do corante.
⑵ Surfactante não iônico
A adição de um determinado surfactante não iônico ao corante pode enfraquecer a força de ligação entre as moléculas do corante e entre as moléculas do corante, acelerar a ionização e fazer com que as moléculas do corante formem micelas em água, o que proporciona boa dispersibilidade. Corantes polares formam micelas. As moléculas solubilizantes formam uma rede de compatibilização entre as moléculas para melhorar a solubilidade, como o éter ou éster de polioxietileno. No entanto, se a molécula do co-solvente não possuir um grupo hidrofóbico forte, o efeito de dispersão e solubilização na micela formada pelo corante será fraco e a solubilidade não aumentará significativamente. Portanto, deve-se tentar escolher solventes que contenham anéis aromáticos que possam formar ligações hidrofóbicas com os corantes. Por exemplo, éter de alquilfenol polioxietileno, emulsificante de éster de sorbitano polioxietilenado e outros, como o éter de polialquilfenilfenol polioxietileno.
⑶ dispersante de lignossulfonato
O dispersante tem grande influência na solubilidade do corante. Escolher um bom dispersante de acordo com a estrutura do corante ajudará muito a melhorar sua solubilidade. Em corantes solúveis em água, ele desempenha um papel importante na prevenção da adsorção mútua (força de van der Waals) e da agregação entre as moléculas do corante. O lignossulfonato é o dispersante mais eficaz, e há pesquisas sobre ele na China.
A estrutura molecular dos corantes dispersos não contém grupos fortemente hidrofílicos, mas apenas grupos fracamente polares, portanto, possui baixa hidrofilicidade e solubilidade muito pequena. A maioria dos corantes dispersos só se dissolve em água a 25 °C na concentração de 1 a 10 mg/L.
A solubilidade dos corantes dispersos está relacionada aos seguintes fatores:
Estrutura Molecular
A solubilidade de corantes dispersos em água aumenta à medida que a parte hidrofóbica da molécula do corante diminui e a parte hidrofílica (a qualidade e quantidade de grupos polares) aumenta. Ou seja, a solubilidade de corantes com massa molecular relativa relativamente pequena e com mais grupos polares fracos, como -OH e -NH₂, será maior. Corantes com massa molecular relativa maior e menos grupos polares fracos têm solubilidade relativamente baixa. Por exemplo, o Vermelho Disperso (I), com M = 321, tem solubilidade inferior a 0,1 mg/L a 25 °C e de 1,2 mg/L a 80 °C. Já o Vermelho Disperso (II), com M = 352, tem solubilidade de 7,1 mg/L a 25 °C e de 240 mg/L a 80 °C.
Dispersante
Em corantes dispersos em pó, o teor de corantes puros geralmente varia de 40% a 60%, sendo o restante composto por dispersantes, agentes antipoeira, agentes protetores, sulfato de sódio, etc. Dentre eles, os dispersantes representam a maior proporção.
O dispersante (agente de difusão) pode revestir os finos grãos cristalinos do corante, transformando-os em partículas coloidais hidrofílicas e dispersando-os de forma estável na água. Após a concentração micelar crítica ser ultrapassada, micelas também se formarão, reduzindo parte dos minúsculos grãos cristalinos do corante. Dissolvidos nas micelas, ocorre o chamado fenômeno de solubilização, aumentando assim a solubilidade do corante. Além disso, quanto melhor a qualidade do dispersante e maior a sua concentração, maior será a solubilização e o seu efeito.
Deve-se notar que o efeito de solubilização do dispersante sobre corantes dispersos de diferentes estruturas é diferente, e a diferença é muito grande; o efeito de solubilização do dispersante sobre os corantes dispersos diminui com o aumento da temperatura da água, o que é exatamente o oposto do efeito da temperatura da água sobre os corantes dispersos.
Após as partículas cristalinas hidrofóbicas do corante disperso e do dispersante formarem partículas coloidais hidrofílicas, a estabilidade da dispersão será significativamente melhorada. Além disso, essas partículas coloidais de corante desempenham o papel de "fornecedoras" de corante durante o processo de tingimento. Isso ocorre porque, após as moléculas de corante em estado dissolvido serem absorvidas pela fibra, o corante "armazenado" nas partículas coloidais será liberado no momento certo para manter o equilíbrio de dissolução do corante.
O estado do corante disperso na dispersão
1-molécula dispersante
2-Cristalito de corante (solubilização)
micela dispersante tripla
Molécula única de corante (dissolvida) com 4 corantes
Grão de 5 corantes
Base lipofílica 6-dispersante
7-base hidrofílica dispersante
8-Íon sódio (Na+)
9-agregados de cristalitos de corante
No entanto, se a "coesão" entre o corante e o dispersante for muito grande, o "abastecimento" de moléculas individuais do corante ficará aquém do necessário, ou seja, ocorrerá o fenômeno de "oferta superior à demanda". Portanto, isso reduzirá diretamente a taxa de tingimento e o equilíbrio da porcentagem de tingimento, resultando em tingimento lento e cor clara.
Percebe-se que, na seleção e utilização de dispersantes, não se deve considerar apenas a estabilidade da dispersão do corante, mas também a influência na cor do mesmo.
(3) Temperatura da solução de tingimento
A solubilidade dos corantes dispersos em água aumenta com o aumento da temperatura da água. Por exemplo, a solubilidade do corante amarelo disperso em água a 80 °C é 18 vezes maior do que a 25 °C. A solubilidade do corante vermelho disperso em água a 80 °C é 33 vezes maior do que a 25 °C. A solubilidade do corante azul disperso em água a 80 °C é 37 vezes maior do que a 25 °C. Se a temperatura da água ultrapassar 100 °C, a solubilidade dos corantes dispersos aumentará ainda mais.
Um lembrete importante: essa propriedade de dissolução dos corantes dispersos pode trazer riscos ocultos para aplicações práticas. Por exemplo, quando a solução corante é aquecida de forma irregular, a parte com temperatura mais alta flui para a região de temperatura mais baixa. À medida que a temperatura da água diminui, a solução corante torna-se supersaturada e o corante dissolvido precipita, causando o crescimento de cristais do corante e a diminuição da solubilidade, resultando em menor absorção do corante.
(quatro) forma cristalina de corante
Alguns corantes dispersos apresentam o fenômeno de "isomorfismo". Ou seja, o mesmo corante disperso, devido à diferente tecnologia de dispersão no processo de fabricação, formará diversas formas cristalinas, como agulhas, bastonetes, flocos, grânulos e blocos. No processo de aplicação, especialmente quando o tingimento é feito a 130 °C, a forma cristalina mais instável se transformará em uma forma cristalina mais estável.
Vale ressaltar que a forma cristalina mais estável apresenta maior solubilidade, enquanto a forma cristalina menos estável apresenta solubilidade relativamente menor. Isso afetará diretamente a taxa e a porcentagem de absorção do corante.
(5) Tamanho da partícula
De modo geral, corantes com partículas pequenas apresentam alta solubilidade e boa estabilidade de dispersão. Corantes com partículas grandes apresentam menor solubilidade e estabilidade de dispersão relativamente baixa.
Atualmente, o tamanho das partículas dos corantes dispersos nacionais é geralmente de 0,5 a 2,0 μm (Observação: o tamanho das partículas para tingimento por imersão requer 0,5 a 1,0 μm).